一种水合肼的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种水合肼的制备方法，该方法是对拉西法生产工艺的重大改进。本发明专利技术以次氯酸钠溶液和液氨或氨气为原料，采用管式反应装置制备水合肼。管式反应装置包括串联的第一段和第二段管式反应器，将两步反应根据不同的反应温度分段进行，有效地避免了副反应的发生，使水合肼的收率达到90%以上。本发明专利技术中，生成的水合肼质量浓度大于10%，远远高于拉西法和尿素法，大大降低了浓缩回收水合肼所需的能耗，同时提高了生产效率，降低了生产成本。与酮连氮法相比，省去了高能耗的酮连氮水解工序，减少了设备投资，不产生COD含量高、极难处理的高盐度有机废水，使生产更加节能环保。

【技术实现步骤摘要】
一种水合肼的制备方法
本专利技术属于化学合成
，具体涉及一种水合肼的制备方法。
技术介绍
水合肼是一种用途广泛的化工产品，是生产发泡剂、农药、医药、染料、显影剂和还原剂的重要原料，还用于制造高纯度金属、合成纤维及稀有元素分离、大型锅炉给水的脱氧、火箭燃料和炸药的生产等。目前，国内水合肼的生产方法主要有三种：拉西法、尿素法和酮连氮法。其中，尿素法是采用尿素与次氯酸盐在碱性溶液中进行反应得到水合肼，由于反应物NaClO是强氧化剂，生成物水合肼是强还原剂，在反应过程中存在水合肼被NaClO氧化的副反应，且副反应很激烈，当配料或操作不当时会发生喷料事故。因而尿素氧化法收率偏低一般为70%～80%，为抑制副反应，必须维持很低的肼浓度（一般为质量分数2%～3%），副产物盐碱量为肼的12倍，纯碱用冷冻结晶法回收，在搅拌蒸发中脱盐及随后的蒸馏提浓水合肼都消耗大量的热能和机械能，因而存在高能耗、高原料成本及环保问题等制约因素，不符合国家节能减排、循环经济的理念。酮连氮法虽然副反应少，收率高，并把其中的氨等回收利用，减少了原材料消耗，但是由于其水解需要消耗大量的蒸汽，后续还需要进行浓缩蒸发，也需要消耗大量的蒸汽。更重要的是，由于其引入了丙酮等有机物，使得酮连氮法生产的水合肼中含有较多的有机物残留，在医药等的使用中受到了限制，而且在生产过程中会产生大量有机含盐废水，处理难度大，环保费用高。拉西法是通过NaClO与过量的NH3反应制得水合肼。将次氯酸钠按NH3与NaClO的摩尔比50-60：1迅速加入氨水中，在强烈搅拌下，在常压或加压下进行氧化反应，先生成氯胺，其后氯胺与氨继续反应生成水合肼，反应可在加压下进行并在数秒内完成。其反应机理如下：反应分两步进行：（1）NH3+NaClO—→NH2Cl+NaOH（2）NH2Cl+NH3+NaOH—→N2H4▪H2O+NaCl总反应：2NH3+NaClO—→N2H4▪H2O+NaCl两个副反应：（1）2NaClO+N2H4▪H2O—→2NaCl+N2+3H2O（2）2NH2Cl+N2H4▪H2O—→2NH4Cl+N2+H2O由于NaClO和NH2Cl都是强氧化剂，而生成物N2H4▪H2O是强还原剂，在反应过程中存在N2H4▪H2O被NaClO和NH2Cl氧化的副反应，为了尽量减少次氯酸钠和氯胺对水合肼的氧化，必须将次氯酸钠加入到过量数十倍的氨水中，以维持很低的肼浓度（因为水合肼浓度高了容易被次氯酸钠和氯胺氧化）。该法得到的是含水合肼1%～2%的稀溶液，总收率约67%，需用相当多的热量来浓缩稀溶液的水合肼，每回收lkg水合肼，需蒸出40-110kg的水，需要消耗大量的蒸汽，其设备投资和能耗都较高。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述缺点，本专利技术提供了一种副反应少、能耗低、反应收率高、生产成本低、不产生有机废水、节能环保的水合肼制备新方法。本专利技术是对拉西法生产工艺的重大改进，所采用的技术方案是：以次氯酸钠溶液和氨（液氨或氨气）为原料，采用管式反应装置制备水合肼。管式反应装置包括串联的第一段和第二段管式反应器，管式反应器的通径为10mm～20mm（DN10～DN20），溶液在这样的管径下流动可防止管内物料的返混，有效地抑制了副反应的发生。在管式反应器内装有高效混合填料，高效混合填料是有孔隙结构的填充物，填充物的形状包括环状、马鞍状、弹簧状、波纹管片、交叉片、螺旋管状、圆柱状、网格状等；高效混合填料的孔隙率为20～80%。第一段和第二段管式反应器分别浸渍在装有不同温度冷却介质的容器中，以控制不同的反应温度。在第一段管式反应器中加入次氯酸钠溶液和液氨（或氨气），充分反应后得到氯胺溶液，这一阶段的反应温度应控制在0～15℃，以防止次氯酸钠的分解；在第二段管式反应器中加入过量的液氨（或氨气），与来自第一段管式反应器的氯胺溶液充分反应后得到含有水合肼、氨和氯化钠的混合溶液，这一阶段的反应温度应控制在30～50℃，使氯胺与氨能快速反应生成水合肼，即两步反应分别在不同温度的管式反应器中分段进行，其反应方程式如下：NH3+NaClO—→NH2Cl+NaOHNH2Cl+NaOH+NH3—→N2H4▪H2O+NaCl本专利技术方法具体的工艺步骤如下：将有效氯含量为18%的次氯酸钠溶液通过计量泵计量后连续泵入第一段管式反应器中，同时将液氨或氨气通过流量计计量后也连续加入到第一段管式反应器中，次氯酸钠和氨的摩尔流量比为1:1，反应温度控制在0℃～15℃，停留时间为30～60s，然后进入第二段管式反应器；将液氨或氨气通过流量计计量后连续加入到第二段管式反应器中，氨与泵入第一段管式反应器中次氯酸钠的摩尔流量比为1.5～2:1，反应温度控制在30℃～50℃，停留时间为60～90s，在第二段管式反应器的物料出口得到含有水合肼的混合溶液。在第一段管式反应器中，次氯酸钠和氨在高效混合填料的作用下实现了充分的混合，并迅速反应生成氯胺，由于次氯酸钠和氨的摩尔流量比为1:1，因此，次氯酸钠在第一段管式反应器中已被反应完全，从而避免了次氯酸钠与水合肼的接触以及副反应的发生。在第一段管式反应器中生成的氯胺以一定的速率流入第二段管式反应器中，并与在第二段管式反应器中新加入的液氨或氨气充分混合、快速反应生成水合肼，由于加入的氨相对于氯胺是过量的，促进了氯胺在第二段管式反应器中被快速彻底反应完全，所生成的水合肼在第二段管式反应器中以一定的速率向前流动，因此，流入第二段管式反应器的氯胺首先接触到过量的氨并与之反应，也就无法接触到之前反应中生成的水合肼，从而避免了氯胺与水合肼的接触以及副反应的发生，进而提高了水合肼的收率。本专利技术的有益效果如下：A、本专利技术采用管式反应装置制备水合肼，有效地避免了副反应的发生，提高了产品的转化率和选择性，使水合肼的收率达到90%以上（以次氯酸钠计）。B、本专利技术中，反应物浓度高，生成的水合肼质量浓度大于10%，远远高于拉西法1%～2%和尿素法2%～3%的水合肼浓度，大大降低了浓缩回收水合肼所需的热能，生产1吨水合肼只需消耗10吨的蒸汽（拉西法和尿素法至少需要消耗30～40吨蒸汽），同时提高了生产效率，降低了生产成本。C、本专利技术与酮连氮法相比，省去了高能耗的酮连氮水解工序（生产1吨水合肼需消耗约15吨蒸汽），减少了设备投资，另外，本专利技术方法制备的水合肼中不存在有机物残留，不产生COD含量高、极难处理的高盐度有机废水，使生产更加节能环保。具体实施方式实施例1将有效氯含量为18%的次氯酸钠溶液通过计量泵计量后连续泵入第一段管式反应器中，同时将液氨通过流量计计量后也连续加入到第一段管式反应器中，次氯酸钠和氨的摩尔流量比为1:1，反应温度控制在0℃～5℃，停留时间为60s，然后进入第二段管式反应器；将液氨通过流量计计量后连续加入到第二段管式反应器中，液氨与泵入第一段管式反应器中次氯酸钠的摩尔流量比为1.5:1，反应温度控制在30℃～40℃，停留时间为75s，反应器出口水合肼的含量为10.6%，反应收率为92.2%。实施例2将有效氯含量为18%的次氯酸钠溶液通过计量泵计量后连续泵入第一段管式反应器中，同时将氨气通过流量计计量后也连续加入到第一段管式反应器中，次氯酸钠和氨的摩尔流量比为1:1，反应温度控制在5℃～10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水合肼的制备方法，是以次氯酸钠和氨为原料，采用管式反应装置制备水合肼，管式反应装置包括串联的第一段和第二段管式反应器；其特征在于包括如下步骤：将有效氯含量为18%的次氯酸钠溶液通过计量泵计量后连续泵入第一段管式反应器中，同时将液氨或氨气通过流量计计量后也连续加入到第一段管式反应器中，次氯酸钠和氨的摩尔流量比为1:1，反应温度控制在0℃～15℃，停留时间为30～60s，然后进入第二段管式反应器；将液氨或氨气通过流量计计量后连续加入到第二段管式反应器中，氨与泵入第一段管式反应器中次氯酸钠的摩尔流量比为1.5～2:1，反应温度控制在30℃～50℃，停留时间为60～90s，在第二段管式反应器的物料出口得到含有水合肼的混合溶液。

【技术特征摘要】
1.一种水合肼的制备方法，是以次氯酸钠和氨为原料，采用管式反应装置制备水合肼，管式反应装置包括串联的第一段和第二段管式反应器；其特征在于包括如下步骤：将有效氯含量为18%的次氯酸钠溶液通过计量泵计量后连续泵入第一段管式反应器中，同时将液氨或氨气通过流量计计量后也连续加入到第一段管式反应器中，次氯酸钠和氨的摩尔流量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：重庆晶萃化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50